油田钻井污水的物化处理技术研究报告内容
1,绪论
2,钻井污水的混凝处理试验研究
3,物理吸附深度处理钻井污水试验研究
4,结论与建议第 1章 绪论
1.1钻井污水的污染特性
1.1.1 钻井污水的来源油气田在钻探过程中产生的大量污水,
即俗称钻井污水 。 主要渠道有,泥浆废弃,
泥浆散落,岩屑,钻井过程的酸化和固井作业产生的大量污水,钻井事故及油料散落 等 。
1.1.2钻井污水的主要污染成份钻井污水是高倍稀释泥浆和油类的混合物，其成分复杂，含有钻井泥浆中的各种组分，由固体、液体和交替悬浮物组成，属多级分散体系。主要含有 COD、油类、重金属、此外还含有悬浮物、氯化物、硫化物、酚等污染物。
1.1.3钻井污水对环境的影响
1,pH值的过高或过低、高含量的可溶性盐及石油类钻井污水影响土壤的结构，危害植物的生长。
2,钻井液中带入的悬浮物呈胶体状，在水体中长时间不能下沉，导致水体生态的严重破坏且影响水的使用。
3,若钻井污水冲入河流、海洋或渗入地层，
将影响水体的色度、悬浮物、石油类、挥发酚、硫化物、金属离子等严重超标，影响水生物的正常生长。
1.2钻井污水的处理现状过去对于这种污水，一般采取就地挖坑蓄积的方法，但这会造成土壤污染、土地龟裂板结；若污水渗入地下，
还会污染地下水源，直接排放，会使地表水体受到严重污染。我国从 80年代初就开展了钻井污水处理研究，目前主要的处理技术有：
1.2.1物理处理法主要是过滤法
1.2.2 化学处理法
1,稀释处理法
2,分级混凝处理法
3,中和 — 混凝处理法
4,酸碱处理法
5,二级絮凝处理法
1.2.3 物理 — 化学处理法
1,电解凝聚浮选法
2,气浮选法
3,吸附法
1.2.4 生化处理法
1.好氧生物处理法
2.厌氧生物处理法
1.3现行处理方法（混凝）的不足及解决途径
1.3.1现行处理方法（混凝）的不足
1.处理剂效能不高
2.处理方法单一，污染物深度去除率较低
3.钻井污水处理后的大量残渣 造成二次污染
1.3.2 解决混凝效力不高的途径
1,深度处理（复合处理法）
一般采用活性碳吸附、化学氧化、
生物氧化等处理技术
2,新型处理技术及絮凝剂的研究开发主要包括开发新型钻井液体系、研制新型高效专用水处理剂、新型处理方法的研究开发等方面的研究。
第 2章钻井污水的混凝处理试验
2.1混凝的基本理论及机理
2.1.1 DLVO理论
DLVO理论是用胶体颗粒间的吸引能和排斥能所产生的相互作用来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。
2.1.2 压缩双电层机理向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，利用加入的反离子与扩散层中原有反离子之间的静电斥力减小 ζ 电位，使得胶粒得以迅速凝聚。
2.1.3 吸附电中和机理利用胶粒表面对异号离子,异号胶粒,链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用中和电位离子所带的电荷,减少了静电斥力,降低 ζ 电位,使胶体的脱稳和凝聚易于发生 。
2.2.4 吸附架桥机理吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥联的过程 。
2.2.5 沉淀物网捕机理采用硫酸铝等高价金属盐类作混凝剂时，
当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物
（ Al(OH)3，时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。
2.2混凝试验设计及方法
2.2.1试验材料
1.混凝剂聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁和氯化铁
2.钻井污水水质
COD为 4300.5mg/L,pH在 8.14左右，颜色呈棕褐色，有浓郁的腥臭味。
2.2.2试验方法室温下，取 100mL钻井污水于
250mL烧杯中，于四联磁力搅拌器上以 300r/min的搅拌速度搅拌溶液，加入一定量的混凝剂，搅拌 30s后加入
0.5mL浓度为 2g/L的聚丙烯酰胺，继续搅拌 30s。然后以 60r/min的速度搅拌 3
分钟，静置 2h，观察混凝现象，取上清液测定其 COD值，以 COD值作为衡量处理效果的指标。
2.3混凝试验结果与分析
2.3.1混凝剂种类及加药量对混凝效果的影响试验分别考察了三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁四种混凝剂（以聚丙烯酰胺为助凝剂）
不同加药量条件下的处理效果,COD
去除率随不同混凝剂用量变化 见图 2-1。
图 2 - 1 混凝剂加药量对 C O D 去除率的影响
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300
混凝剂加药量 ( m g / L )
C
O
D
去除率
(
%
)
聚合铝铁三氯化铁聚合氯化铝聚合硫酸铁
[Fe(H2O)5OH]2+
2.3.2 pH值对混凝效果的影响试验通过加硫酸（ 10%）或氢氧化钠（ 10%）调整钻井污水的 pH值，
然后投加 1ml聚合硫酸铁,PAM的加药量和加药时间不变，进行混凝搅拌试验。 COD去除率随 pH值变化见 图 2-2。
图 2 - 4 p H 对 C O D 去除率的影响
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
0 2 4 6 8 10 12
pH 值
C
O
D
去除率
（
%
）
[Fe(H2O)6]3++H2O [Fe(H2O)5OH]2++H+
2.3.3 PAM的加药量对混凝效果的影响聚合硫酸铁加药量为 1mL,只 改变
PAM的投加量，其它实验条件不变，
静置 2h，测定上清液的 COD值,PAM加药量对 COD去除率的影响结果见 图 2-3。
图 2 - 5 P A M 加药量对 C O D 去除率的影响
90
92
94
96
98
0 5 10 15 20 25 30 35
PAM 的加药量 ( m g / L )
C
O
D
去除率
(
%
)
通过对几种混凝剂混凝效果的比较，最终确定最佳混凝剂为聚合硫酸铁，在不改变 pH的条件下，
加药量为 100mg/L，助凝剂 PAM的加药量为 20mg/L。此时出水的
COD为 202.14mg/L,pH值在
5.88~6.12范围内，颜色为淡黄色，
基本没有腥臭味。
第 3章物理吸附深度处理钻井污水试验研究经过混凝处理后的钻井污水，其
COD,pH、色度均没有达到国家的二级排放标准，须对其进行深度处理。
本试验采用活性炭吸附这种物理化学方法对混凝处理后的钻井污水进行试验研究。
3.1活性炭吸附机理活性炭是由微小结晶部分和非结晶部分混合组成的炭素物质，其表面布满了平均孔径为 10~30?的微孔，比表面积很大（ 500~1700m2/g）活性炭特殊的表面物理及表面化学性质，使其具有很强的吸附能力，可吸附污水中的多种有机物和金属离子，改善出水水质。
3.2活性炭试验设计及方法
3.2.1试验材料粉末状 木质炭,KC-87粉末状硬质果壳,KC-16A粒状果壳及 KC-40柱状煤质 四种活性炭
3.2.2试验方法取经混凝出水（ 200mL钻井污水，
聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的加药量分别取各自最佳加药量的 2倍，水力条件与温度不变情况下的上清夜,COD为
231.4mg/L,pH在 5.88 ~ 6.12范围内）
100mL置于 250mL的烧杯中，加入一定量的活性炭，在四联磁力搅拌器上以
300r/min的搅拌速度搅拌 2h，然后用滤纸过滤，测定出水的 COD值。
3.3活性炭吸附结果与分析
3.3.1 活性炭类型的选择图 2 - 1 活性炭类型对 C O D 去除率的影响
0
10
20
30
40
50
60
70
1
活性炭类型 ( 活性炭的加药量为 2 g / L ）
C
O
D
去除率
(
%
) K C - 4 0 柱状活性炭
K C - 1 6 A 活性炭
K C - 8 7 活性炭木质粉末活性炭
3.3.2活性炭吸附时间的确定以经混凝出水进行 KC-87和木质粉末活性炭吸附试验，活性炭的加量为
0.2g/100mL,结果见图 3-2。
图 3 - 1 吸附时间对 C O D 去除率的影响
50
55
60
65
70
75
80
0 20 40 60 80 100 120
吸附时间 ( m i n )
C
O
D
去除率
(
%
)
K C - 8 7 活性炭木质活性炭
3.3.3 确定活性炭的加药量在吸附时间分别为 1h和 30min的条件下，确定两种活性炭加药量的结果见 图 3-3。
图 3 - 2 活性炭加药量对 C O D 去除率的影响
0
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100
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
活性炭加药量 ( g / 1 0 0 m L )
C
O
D
去除率
(
%
)
K C - 8 7 活性炭木质粉末炭
3.3.4 pH值对活性炭吸附效果的影响影响吸附的因素是多方面的，吸附剂结构、吸附质性质、吸附过程的操作条件等都影响吸附效果。本试验中，
吸附剂结构和吸附质性质是确定的因素，不再对其进行试验研究，只探讨性研究操作条件对吸附效果的影响。
pH值对活性炭吸附效果的影响 见图 3-4。
图 3 - 3 p H 值对 C O D 去除率的影响
0
10
20
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40
50
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100
0 2 4 6 8 10
pH 值
C
O
D
去除率
(
%
)
K C - 8 7 活性炭粉末活性炭通过对活性炭吸附时间、加药量及 pH值对混凝出水 COD去除率影响的试验研究，最终选 KC-87粉末状硬质果壳活性炭为吸附剂，不调节混凝出水
pH值、吸附时间为 1h，加药量为 3g/L
的试验条件下，最终出水的 COD值降到 57.04mg/L，去除率达 75.35%。
第 4章结论与建议
4.1结论
1.本文通过研究三氯化铁,聚合氯化铝,聚合硫酸铁及聚合氯化铝铁四种混凝剂对江苏油田钻进污水的混凝处理效果及其对比,确定最佳混凝剂为聚合硫酸铁,其最佳加药量为 100mg/L。 同时还研究了 pH和助凝剂加药量对混凝处理效果的影响 。 考虑到经济效益和工艺应用的方便可行性,确定试验 pH值为 8.14（ 钻井污水的原始 pH值 ）,助凝剂的加药量为 20mg/L。
2.经混凝的出水,COD值由 4300.5mg/L降到
231.4mg/L，处理效果显著，但其颜色呈淡黄色,pH在 5.88~6.12左右，不能满足二级标准，所以选择活性炭吸附这种应用广泛的物理处理方法对钻井污水进行深度处理。
通过活性炭类型的筛选、吸附时间、加药量及 pH值变化各试验条件下的试验研究，
最终确定 KC-87粉末状硬质果壳活性炭为最佳吸附剂，吸附平衡时间为 1h，加药量为
3g/L,pH不进行调整。经混凝沉降 — 活性炭吸附后，钻井污水的 COD值降 57.04mg/L，
去除率为 98.67%,达到了国家污水综合排放一级标准。
4.2 建议
1.在进行混凝搅拌试验时采用六联混凝搅拌器，能更好的控制反应的水力条件。
2.本试验只进行了单因素试验研究,建议在单因素试验的基础上对影响混凝效果的四个影响因素进行正交试验,研究主要影响因素和次要影响因素,寻找更为有效的试验条件 。
3.本试验混凝阶段产生污泥较多，在实际工程应用中这些污泥的排放会污染环境，可研究减少污泥产生量的试验方法或处理药剂。
谢谢！
1,绪论
2,钻井污水的混凝处理试验研究
3,物理吸附深度处理钻井污水试验研究
4,结论与建议第 1章 绪论
1.1钻井污水的污染特性
1.1.1 钻井污水的来源油气田在钻探过程中产生的大量污水,
即俗称钻井污水 。 主要渠道有,泥浆废弃,
泥浆散落,岩屑,钻井过程的酸化和固井作业产生的大量污水,钻井事故及油料散落 等 。
1.1.2钻井污水的主要污染成份钻井污水是高倍稀释泥浆和油类的混合物，其成分复杂，含有钻井泥浆中的各种组分，由固体、液体和交替悬浮物组成，属多级分散体系。主要含有 COD、油类、重金属、此外还含有悬浮物、氯化物、硫化物、酚等污染物。
1.1.3钻井污水对环境的影响
1,pH值的过高或过低、高含量的可溶性盐及石油类钻井污水影响土壤的结构，危害植物的生长。
2,钻井液中带入的悬浮物呈胶体状，在水体中长时间不能下沉，导致水体生态的严重破坏且影响水的使用。
3,若钻井污水冲入河流、海洋或渗入地层，
将影响水体的色度、悬浮物、石油类、挥发酚、硫化物、金属离子等严重超标，影响水生物的正常生长。
1.2钻井污水的处理现状过去对于这种污水，一般采取就地挖坑蓄积的方法，但这会造成土壤污染、土地龟裂板结；若污水渗入地下，
还会污染地下水源，直接排放，会使地表水体受到严重污染。我国从 80年代初就开展了钻井污水处理研究，目前主要的处理技术有：
1.2.1物理处理法主要是过滤法
1.2.2 化学处理法
1,稀释处理法
2,分级混凝处理法
3,中和 — 混凝处理法
4,酸碱处理法
5,二级絮凝处理法
1.2.3 物理 — 化学处理法
1,电解凝聚浮选法
2,气浮选法
3,吸附法
1.2.4 生化处理法
1.好氧生物处理法
2.厌氧生物处理法
1.3现行处理方法（混凝）的不足及解决途径
1.3.1现行处理方法（混凝）的不足
1.处理剂效能不高
2.处理方法单一，污染物深度去除率较低
3.钻井污水处理后的大量残渣 造成二次污染
1.3.2 解决混凝效力不高的途径
1,深度处理（复合处理法）
一般采用活性碳吸附、化学氧化、
生物氧化等处理技术
2,新型处理技术及絮凝剂的研究开发主要包括开发新型钻井液体系、研制新型高效专用水处理剂、新型处理方法的研究开发等方面的研究。
第 2章钻井污水的混凝处理试验
2.1混凝的基本理论及机理
2.1.1 DLVO理论
DLVO理论是用胶体颗粒间的吸引能和排斥能所产生的相互作用来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。
2.1.2 压缩双电层机理向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，利用加入的反离子与扩散层中原有反离子之间的静电斥力减小 ζ 电位，使得胶粒得以迅速凝聚。
2.1.3 吸附电中和机理利用胶粒表面对异号离子,异号胶粒,链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用中和电位离子所带的电荷,减少了静电斥力,降低 ζ 电位,使胶体的脱稳和凝聚易于发生 。
2.2.4 吸附架桥机理吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥联的过程 。
2.2.5 沉淀物网捕机理采用硫酸铝等高价金属盐类作混凝剂时，
当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物
（ Al(OH)3，时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。
2.2混凝试验设计及方法
2.2.1试验材料
1.混凝剂聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁和氯化铁
2.钻井污水水质
COD为 4300.5mg/L,pH在 8.14左右，颜色呈棕褐色，有浓郁的腥臭味。
2.2.2试验方法室温下，取 100mL钻井污水于
250mL烧杯中，于四联磁力搅拌器上以 300r/min的搅拌速度搅拌溶液，加入一定量的混凝剂，搅拌 30s后加入
0.5mL浓度为 2g/L的聚丙烯酰胺，继续搅拌 30s。然后以 60r/min的速度搅拌 3
分钟，静置 2h，观察混凝现象，取上清液测定其 COD值，以 COD值作为衡量处理效果的指标。
2.3混凝试验结果与分析
2.3.1混凝剂种类及加药量对混凝效果的影响试验分别考察了三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁四种混凝剂（以聚丙烯酰胺为助凝剂）
不同加药量条件下的处理效果,COD
去除率随不同混凝剂用量变化 见图 2-1。
图 2 - 1 混凝剂加药量对 C O D 去除率的影响
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混凝剂加药量 ( m g / L )
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去除率
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聚合铝铁三氯化铁聚合氯化铝聚合硫酸铁
[Fe(H2O)5OH]2+
2.3.2 pH值对混凝效果的影响试验通过加硫酸（ 10%）或氢氧化钠（ 10%）调整钻井污水的 pH值，
然后投加 1ml聚合硫酸铁,PAM的加药量和加药时间不变，进行混凝搅拌试验。 COD去除率随 pH值变化见 图 2-2。
图 2 - 4 p H 对 C O D 去除率的影响
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0 2 4 6 8 10 12
pH 值
C
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去除率
（
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）
[Fe(H2O)6]3++H2O [Fe(H2O)5OH]2++H+
2.3.3 PAM的加药量对混凝效果的影响聚合硫酸铁加药量为 1mL,只 改变
PAM的投加量，其它实验条件不变，
静置 2h，测定上清液的 COD值,PAM加药量对 COD去除率的影响结果见 图 2-3。
图 2 - 5 P A M 加药量对 C O D 去除率的影响
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PAM 的加药量 ( m g / L )
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去除率
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通过对几种混凝剂混凝效果的比较，最终确定最佳混凝剂为聚合硫酸铁，在不改变 pH的条件下，
加药量为 100mg/L，助凝剂 PAM的加药量为 20mg/L。此时出水的
COD为 202.14mg/L,pH值在
5.88~6.12范围内，颜色为淡黄色，
基本没有腥臭味。
第 3章物理吸附深度处理钻井污水试验研究经过混凝处理后的钻井污水，其
COD,pH、色度均没有达到国家的二级排放标准，须对其进行深度处理。
本试验采用活性炭吸附这种物理化学方法对混凝处理后的钻井污水进行试验研究。
3.1活性炭吸附机理活性炭是由微小结晶部分和非结晶部分混合组成的炭素物质，其表面布满了平均孔径为 10~30?的微孔，比表面积很大（ 500~1700m2/g）活性炭特殊的表面物理及表面化学性质，使其具有很强的吸附能力，可吸附污水中的多种有机物和金属离子，改善出水水质。
3.2活性炭试验设计及方法
3.2.1试验材料粉末状 木质炭,KC-87粉末状硬质果壳,KC-16A粒状果壳及 KC-40柱状煤质 四种活性炭
3.2.2试验方法取经混凝出水（ 200mL钻井污水，
聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的加药量分别取各自最佳加药量的 2倍，水力条件与温度不变情况下的上清夜,COD为
231.4mg/L,pH在 5.88 ~ 6.12范围内）
100mL置于 250mL的烧杯中，加入一定量的活性炭，在四联磁力搅拌器上以
300r/min的搅拌速度搅拌 2h，然后用滤纸过滤，测定出水的 COD值。
3.3活性炭吸附结果与分析
3.3.1 活性炭类型的选择图 2 - 1 活性炭类型对 C O D 去除率的影响
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活性炭类型 ( 活性炭的加药量为 2 g / L ）
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K C - 1 6 A 活性炭
K C - 8 7 活性炭木质粉末活性炭
3.3.2活性炭吸附时间的确定以经混凝出水进行 KC-87和木质粉末活性炭吸附试验，活性炭的加量为
0.2g/100mL,结果见图 3-2。
图 3 - 1 吸附时间对 C O D 去除率的影响
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吸附时间 ( m i n )
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3.3.3 确定活性炭的加药量在吸附时间分别为 1h和 30min的条件下，确定两种活性炭加药量的结果见 图 3-3。
图 3 - 2 活性炭加药量对 C O D 去除率的影响
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活性炭加药量 ( g / 1 0 0 m L )
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3.3.4 pH值对活性炭吸附效果的影响影响吸附的因素是多方面的，吸附剂结构、吸附质性质、吸附过程的操作条件等都影响吸附效果。本试验中，
吸附剂结构和吸附质性质是确定的因素，不再对其进行试验研究，只探讨性研究操作条件对吸附效果的影响。
pH值对活性炭吸附效果的影响 见图 3-4。
图 3 - 3 p H 值对 C O D 去除率的影响
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K C - 8 7 活性炭粉末活性炭通过对活性炭吸附时间、加药量及 pH值对混凝出水 COD去除率影响的试验研究，最终选 KC-87粉末状硬质果壳活性炭为吸附剂，不调节混凝出水
pH值、吸附时间为 1h，加药量为 3g/L
的试验条件下，最终出水的 COD值降到 57.04mg/L，去除率达 75.35%。
第 4章结论与建议
4.1结论
1.本文通过研究三氯化铁,聚合氯化铝,聚合硫酸铁及聚合氯化铝铁四种混凝剂对江苏油田钻进污水的混凝处理效果及其对比,确定最佳混凝剂为聚合硫酸铁,其最佳加药量为 100mg/L。 同时还研究了 pH和助凝剂加药量对混凝处理效果的影响 。 考虑到经济效益和工艺应用的方便可行性,确定试验 pH值为 8.14（ 钻井污水的原始 pH值 ）,助凝剂的加药量为 20mg/L。
2.经混凝的出水,COD值由 4300.5mg/L降到
231.4mg/L，处理效果显著，但其颜色呈淡黄色,pH在 5.88~6.12左右，不能满足二级标准，所以选择活性炭吸附这种应用广泛的物理处理方法对钻井污水进行深度处理。
通过活性炭类型的筛选、吸附时间、加药量及 pH值变化各试验条件下的试验研究，
最终确定 KC-87粉末状硬质果壳活性炭为最佳吸附剂，吸附平衡时间为 1h，加药量为
3g/L,pH不进行调整。经混凝沉降 — 活性炭吸附后，钻井污水的 COD值降 57.04mg/L，
去除率为 98.67%,达到了国家污水综合排放一级标准。
4.2 建议
1.在进行混凝搅拌试验时采用六联混凝搅拌器，能更好的控制反应的水力条件。
2.本试验只进行了单因素试验研究,建议在单因素试验的基础上对影响混凝效果的四个影响因素进行正交试验,研究主要影响因素和次要影响因素,寻找更为有效的试验条件 。
3.本试验混凝阶段产生污泥较多，在实际工程应用中这些污泥的排放会污染环境，可研究减少污泥产生量的试验方法或处理药剂。
谢谢！
